désoxyribonucléique, acide [ADN] - chimie.

désoxyribonucléique, acide [ADN] - chimie. 1 PRÉSENTATION désoxyribonucléique, acide [ADN], acide nucléique support de l'information génétique et de sa transmission au cours des générations (hérédité), principal constituant des chromosomes. À l'intérieur des cellules procaryotes (bactéries), l'ADN est « libre «, tandis qu'il est enfermé dans le noyau des cellules eucaryotes. Les mitochondries (responsables de la respiration), et les chloroplastes (qui assurent la photosynthèse) possèdent leur propre ADN, qui porte le code génétique nécessaire à la synthèse de certaines des protéines dont ces organites cellulaires ont besoin. 2 DÉCOUVERTE La composition chimique de l'ADN est déterminée dès 1923, mais c'est en 1953 que Francis H. C. Crick et James D. Watson découvrent que cette molécule est formée de deux brins, enroulés en hélice l'un autour de l'autre (ces travaux leur valent le prix Nobel de physiologie ou médecine en 1962). À partir de cette date, la recherche scientifique fait l'un des bonds les plus spectaculaires de l'histoire de la biologie, en ouvrant une nouvelle voie, celle de la biologie moléculaire (étude de l'ADN, de l'ARN et de ses produits). Celle-ci a notamment permis d'établir les lois de la réplication de l'ADN -- qui permet à une cellule, en se divisant, de se reproduire à l'identique -- et de comprendre comment les protéines sont synthétisées dans les cellules à partir d'ADN et d'ARN (acide ribonucléique). Aujourd'hui, le nombre de gènes dont on connaît la séquence d'ADN se compte en centaines de milliers. Les scientifiques peuvent les manipuler (voir génie génétique), les comparer entre différentes espèces animales et végétales, les utiliser en agronomie ou dans la recherche biomédicale ou encore les insérer dans d'autres espèces vivantes (Voir aussi organismes génétiquement modifiés -- OGM). 3 STRUCTURE 3.1 Composition et assemblage Les molécules d'ADN sont les plus grosses molécules du monde vivant. Une molécule d'ADN est une double hélice composée de deux brins enroulés l'un autour de l'autre ; on dit que l'ADN est bicaténaire (contrairement à l'ARN, qui est monocaténaire). Chacun de ces brins est constitué d'un enchaînement de bases dites puriques (guanine, G ; adénine, A) et pyrimidiques (cytosine, C ; thymine, T). Les bases sont reliées entre elles à l'intérieur d'un brin d'ADN par des sucres -- des oses --, appelés désoxyriboses, et par des acides phosphoriques. Une base plus un sucre et un phosphate constituent un nucléotide. L'enchaînement des nucléotides forme un brin d'ADN. Cet enchaînement se fait dans un sens déterminé, opposé à celui de l'autre brin de l'hélice d'ADN : c'est l'antiparallélisme. L'appariement des deux brins qui composent l'hélice d'ADN est réalisé par les bases : l'adénine peut, en effet, se lier par des liaisons faibles à la thymine (A-T), et la guanine fait de même avec la cytosine (G-C). En aucun cas, thymine et guanine, ou cytosine et adénine, ne peuvent s'apparier. 3.2 Compactage de l'ADN L'ADN peut être circulaire (bactéries, certains virus, mitochondries et chloroplates) ou linéaire (cellules eucaryotes, virus). Complètement déroulé, l'ADN d'une bactérie mesurerait 1,4 mm de long, mais celui d'un chromosome humain, 2 m. Chez les eucaryotes, la possibilité qu'a cette énorme molécule de tenir dans le noyau d'une cellule est conférée par des systèmes de compactage. Un noyau renferme en effet un nombre très important de petites protéines appelées histones, qui se lient spécifiquement à l'ADN. Les plus importantes, les histones H1, protéines « circulaires «, enroulent l'ADN autour d'elles : chaque histone H1, avec la région du brin d'ADN qui lui est associée, forme un complexe appelé nucléosome. L'ADN, avec ses nombreuses H1, ressemble alors à un collier de perles (succession de nucléosomes). Ensuite, grâce à d'autres types d'histones, les nucléosomes sont tassés les uns sur les autres. Au final, l'ADN est une molécule enroulée et compactée à l'extrême. 4 FONCTIONS Les biologistes attribuent à l'ADN deux rôles fondamentaux : il est le support de l'information génétique, et permet la transmission des informations génétiques de cellule en cellule et de génération en génération. 4.1 Support de l'information génétique L'information génétique caractérisant les êtres vivants et contrôlant leur fonctionnement est portée par de l'ADN, et ce chez tous les organismes, des virus -- à l'exception des virus à ARN -- et des bactéries aux organismes les plus complexes (bactéries, champignons, plantes, animaux). L'assemblage des bases les unes par rapport aux autres détermine le contenu de cette information, notamment au travers des gènes. Ainsi, selon l'ordre de succession des bases, l'information que l'ADN contient ne sera pas la même -- par exemple, l'ordre AAAGATCGA est différent de ATAGAAGCA. Ce code génétique permet en particulier la synthèse de protéines -- celle-ci passe d'abord par la traduction de l'ADN en ARN messager, qui passe dans le cytoplasme où il est transcrit en protéines. 4.2 Transmission de l'information : la réplication Le maintien de l'information génétique dans l'organisme et sa transmission sont assurés par la capacité qu'a une cellule de former deux molécules d'ADN ayant la même séquence, à partir d'une seule. Ce processus biochimique, appelé réplication, est fondé sur la propriété de complémentarité des bases A-T et G-C. Il fait intervenir un brin d'ADN chromosomique, des bases A, G, T et C libres, et plusieurs enzymes catalysant cette réaction, les ADN polymérases. Pour que la réplication puisse avoir lieu, les deux brins de la molécule d'ADN s'ouvrent, un peu comme une fermeture à glissière. Chaque brin est alors parcouru par une molécule d'une enzyme spécifique, l'ADN polymérase. Cette dernière synthétise un nouveau brin, complémentaire du premier, en accolant bout à bout des bases libres. À la fin du processus, au lieu d'une, il y a désormais deux molécules d'ADN : chacune est constituée d'un brin nouvellement formé et d'un brin ancien -- la réplication est dite semi-conservative. La réplication permet, lors d'une mitose ou de la première partie d'une méiose, de former, à partir d'une cellule « mère «, deux cellules filles possédant les mêmes chromosomes (dans lesquels un brin provient de la cellule mère, et l'autre est nouvellement synthétisé), par ailleurs identiques à ceux de la cellule mère. Les mécanismes de réplication ne sont toutefois pas infaillibles, et introduisent quelques erreurs dans les nouveaux brins ; mais des processus de réparation permettent de limiter le taux final d'erreurs (voir mutations) à moins de 1 pour 1 milliard de nucléotides. C'est ce mécanisme, très fidèle, qui explique comment l'information génétique est conservée dans toutes les cellules de l'organisme, y compris dans les cellules sexuelles (gamètes), lesquelles vont permettre la transmission de cette information à la descendance (c'est l'hérédité). La réplication est, de la même façon, à l'origine de la permanence des caractéristiques globales de chaque espèce animale, végétale, virale ou bactérienne. Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation. Tous droits réservés.